تاريخ الرياضيات
الاعداد و نظريتها
تاريخ التحليل
تار يخ الجبر
الهندسة و التبلوجي
الرياضيات في الحضارات المختلفة
العربية
اليونانية
البابلية
الصينية
المايا
المصرية
الهندية
الرياضيات المتقطعة
المنطق
اسس الرياضيات
فلسفة الرياضيات
مواضيع عامة في المنطق
الجبر
الجبر الخطي
الجبر المجرد
الجبر البولياني
مواضيع عامة في الجبر
الضبابية
نظرية المجموعات
نظرية الزمر
نظرية الحلقات والحقول
نظرية الاعداد
نظرية الفئات
حساب المتجهات
المتتاليات-المتسلسلات
المصفوفات و نظريتها
المثلثات
الهندسة
الهندسة المستوية
الهندسة غير المستوية
مواضيع عامة في الهندسة
التفاضل و التكامل
المعادلات التفاضلية و التكاملية
معادلات تفاضلية
معادلات تكاملية
مواضيع عامة في المعادلات
التحليل
التحليل العددي
التحليل العقدي
التحليل الدالي
مواضيع عامة في التحليل
التحليل الحقيقي
التبلوجيا
نظرية الالعاب
الاحتمالات و الاحصاء
نظرية التحكم
بحوث العمليات
نظرية الكم
الشفرات
الرياضيات التطبيقية
نظريات ومبرهنات
علماء الرياضيات
500AD
500-1499
1000to1499
1500to1599
1600to1649
1650to1699
1700to1749
1750to1779
1780to1799
1800to1819
1820to1829
1830to1839
1840to1849
1850to1859
1860to1864
1865to1869
1870to1874
1875to1879
1880to1884
1885to1889
1890to1894
1895to1899
1900to1904
1905to1909
1910to1914
1915to1919
1920to1924
1925to1929
1930to1939
1940to the present
علماء الرياضيات
الرياضيات في العلوم الاخرى
بحوث و اطاريح جامعية
هل تعلم
طرائق التدريس
الرياضيات العامة
نظرية البيان
Euler-Lagrange Differential Equation
المؤلف: Arfken, G
المصدر: Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.
الجزء والصفحة: ...
13-7-2018
3020
The Euler-Lagrange differential equation is the fundamental equation of calculus of variations. It states that if is defined by an integral of the form
(1) |
where
(2) |
then has a stationary value if the Euler-Lagrange differential equation
(3) |
is satisfied.
If time-derivative notation is replaced instead by space-derivative notation , the equation becomes
(4) |
The Euler-Lagrange differential equation is implemented as EulerEquations[f, u[x], x] in the Wolfram Languagepackage VariationalMethods` .
In many physical problems, (the partial derivative of with respect to ) turns out to be 0, in which case a manipulation of the Euler-Lagrange differential equation reduces to the greatly simplified and partially integrated form known as the Beltrami identity,
(5) |
For three independent variables (Arfken 1985, pp. 924-944), the equation generalizes to
(6) |
Problems in the calculus of variations often can be solved by solution of the appropriate Euler-Lagrange equation.
To derive the Euler-Lagrange differential equation, examine
(7) |
|||
(8) |
|||
(9) |
since . Now, integrate the second term by parts using
(10) |
|||
(11) |
|||
(12) |
so
(13) |
Combining (◇) and (◇) then gives
(14) |
But we are varying the path only, not the endpoints, so and (14) becomes
(15) |
We are finding the stationary values such that . These must vanish for any small change , which gives from (15),
(16) |
This is the Euler-Lagrange differential equation.
The variation in can also be written in terms of the parameter as
(17) |
|||
(18) |
where
(19) |
|||
(20) |
and the first, second, etc., variations are
(21) |
|||
(22) |
|||
(23) |
|||
(24) |
The second variation can be re-expressed using
(25) |
so
(26) |
But
(27) |
Now choose such that
(28) |
and such that
(29) |
so that satisfies
(30) |
It then follows that
(31) |
|||
(32 |
REFERENCES:
Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.
Forsyth, A. R. Calculus of Variations. New York: Dover, pp. 17-20 and 29, 1960.
Goldstein, H. Classical Mechanics, 2nd ed. Reading, MA: Addison-Wesley, p. 44, 1980.
Lanczos, C. The Variational Principles of Mechanics, 4th ed. New York: Dover, pp. 53 and 61, 1986.
Morse, P. M. and Feshbach, H. "The Variational Integral and the Euler Equations." §3.1 in Methods of Theoretical Physics, Part I.New York: McGraw-Hill, pp. 276-280, 1953.